高速鐵路車-線-橋動力分析理論及橋上軌道激勵影響研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及對運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量要求的提高，列車速度不斷提高，鐵路橋梁的振動問題日趨突出，列車-軌道-橋梁耦合振動的精細(xì)分析顯得越來越重要。同時，高速鐵路對線路的平順性限制很嚴(yán)格，而橋上線路激勵（軌道不平順和徐變變形）給高速鐵路安全運(yùn)營帶來了新的挑戰(zhàn)。因此，本文以我國高速鐵路大建設(shè)為背景，在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于格子Boltzmann方法的車-線-橋耦合動力分析及應(yīng)用（51078164）”資助下，針對列車-軌道-橋梁系統(tǒng)耦合

2、振動以及橋上軌道激勵影響的問題，展開了較深入的研究。主要研究內(nèi)容和取得的成果如下：
　　(1)根據(jù)子結(jié)構(gòu)的思想詳細(xì)推導(dǎo)了橋梁、軌道和車輛的振動方程，進(jìn)而建立了基于非線性Hertz接觸理論的列車-軌道-橋梁豎向振動有限元模型，編制了相應(yīng)的分析程序。該模型摒棄了輪軌密貼假設(shè)，考慮了輪軌相對運(yùn)動，適用于輪軌線性和非線性接觸。采用編制的程序研究了輪軌接觸模型、接觸剛度和脈沖型尖點(diǎn)不平順的影響，模擬了輪對瞬時脫離現(xiàn)象。
　　(2)推導(dǎo)

3、了任意長度組合的軌道-橋梁耦合單元，研究了軌道和橋梁單元長度的影響，結(jié)果表明采用較大的橋梁單元并細(xì)化軌道單元能達(dá)到滿意的精度和效率，軌道單元長度對計(jì)算結(jié)果影響很大，列車最小軸距間軌道單元數(shù)不應(yīng)少于2個。將這種組合單元應(yīng)用于變截面連續(xù)梁橋，建立了基于橋梁施工節(jié)段長度的系統(tǒng)模型，既提高了計(jì)算效率，又方便了建模。此外，討論了不同線路等級不平順的影響。
　　(3)在前面豎向模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)蠕滑理論計(jì)算輪軌橫向力，建立了列車-軌道-橋梁系

4、統(tǒng)空間振動有限元方程，編制了相應(yīng)的分析程序。該模型考慮了輪軌空間作用關(guān)系，也考慮了橋上線路偏心和軌道受力偏心的影響。通過數(shù)值算例說明了所編程序準(zhǔn)確性，分析了橋梁阻尼、橋墩基礎(chǔ)剛度和線路偏心對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。
　　(4)提出了任意子波長區(qū)間的軌道隨機(jī)不平順生成方法，討論了其可靠性，并在時域上比較了不同軌道譜的軌道不平順特性。結(jié)合我國高速鐵路現(xiàn)狀，采用前面編制的空間分析程序，研究了軌道高低不平順和方向不平順的敏感波長區(qū)間，也討論了統(tǒng)計(jì)

5、分析軌道不平順對中小跨徑橋梁影響的必要性。
　　(5)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對現(xiàn)有混凝土徐變模型進(jìn)行了修正，預(yù)測了箱梁徐變上拱發(fā)展歷程，進(jìn)而考慮橋梁和軌道結(jié)構(gòu)的相互作用，討論了多跨簡支梁橋徐變上拱引起的軌道變形。分析發(fā)現(xiàn)，修正的徐變預(yù)測模型精度較高，軌道結(jié)構(gòu)對梁端折角具有明顯的緩和作用。在討論橋梁徐變變形對輪軌接觸關(guān)系影響的基礎(chǔ)上，分析了橋梁徐變變形對系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響，研究了采取延長半年鋪軌措施的動力控制效果，探討了橋梁徐變變形和軌道